KR101392380B1 - 산성형태의 수용성 고분자를 함유하는 분말세제 입자 및그의 제조방법 - Google Patents

산성형태의 수용성 고분자를 함유하는 분말세제 입자 및그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수불용성 성분인 제올라이트, 실리카 등이 실질적으로 배제된 분말세제 입자, 이의 제조방법 및 세제 성분으로서 여러 가지 유용한 물성을 지닌 신규 고분자에 관한 것이다. 본 발명의 분말세제 입자는 수불용성분이 실질적으로 배제되어 찬물에서도 용해성과 세정력이 우수할 뿐만 아니라, 세탁 시 잔유물이 남지 않으며, 제조 및 보관 중에 케이킹 현상이 줄어든다. 또한 본 발명의 분말세제 입자는 액상 성분의 흡착기능을 수행하는 제올라이트, 실리카 등이 실질적으로 배제되었음에도 불구하고 액상의 계면활성제를 다량 함유할 수 있다. 또한 본 발명의 새로운 산성형태의 수용성 고분자인 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트 포함 공중합체는 여러 가지 물성에 있어 세제 성분으로 유용하다.
분말세제, 산성형태의 수용성 고분자, 알칼리빌더

Description

산성형태의 수용성 고분자를 함유하는 분말세제 입자 및 그의 제조방법{Powder detergent granule containing acidic water-soluble polymer and manufacturing method thereof}
본 발명은 찬물에서의 용해성이 우수하며, 세탁 시 잔유물이 남지 않고, 케이킹 발생 현상이 개선된 수용성 분말세제 입자, 그의 제조방법 및 세제 성분으로서 유용한 신규 고분자에 관한 것이다.
일반적으로 마그네슘 및 칼슘 이온을 다량 함유한 경수보다는 연수에서의 세척 효과가 더 좋으며, 이러한 이유로 분말세제는 제올라이트(zeolite) 등의 경수연화제를 통상적으로 함유하고 있다.
종래에 주로 사용되어온 제올라이트 등의 경수연화제는 물에 불용성으로 헹굼 후에도 의류에 잔류하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 이온을 봉집하는데 비교적 많은 시간이 걸리기 때문에 경수의 연화효과가 비교적 빠르지 못하고, 이 때문에 세탁 시 잔류하는 칼슘이온이 알칼리빌더 등에서 이온화되어 나온 탄산이온과 결합하여 탄산칼슘을 형성하고, 이 탄산칼슘이 세탁기 내의 세탁조, 가온장치(heating coil) 및 의류에 잔류(builder up)하는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위하여 입자 의 크기를 미세화한 제올라이트를 사용하고 있으나 전술한 문제점은 해결되지 않았다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제올라이트, 실리카 등의 수불용성 성분의 사용 없이도 세정력이 우수하고, 찬물에서의 용해성이 뛰어나며, 오염의 재부착 방지 및 경수 연화 작용이 우수한 분말세제 입자 및 이의 간단하고 효율적인 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 분말세제의 제조에 있어서 수불용성분인 제올라이트, 실리카 등이 실질적으로 없이도 케이킹 현상이 거의 없고, 액상 세제 성분을 다량 함유할 수 있는 수용성 분말세제 입자 및 이러한 입자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 세제 성분으로서 금속이온 봉집, 오염원 제거, 수용해성 등에 있어 유용한 물성을 갖는 신규 고분자 및 이러한 고분자의 세제 성분으로서의 용도를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부 및 알칼리빌더 10 내지 70 중량부를 혼합하여 중화반응시킴으로써 형성된 분말세제 입자를 제공하며, 바람직하게는 상기 산성형태의 수용성 고분자가 카르복실기 함유 단량체 유니트, 술폰산기 함유 단량체 유니트 및 인산기 함유 단량체 유니트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 유니트를 포함하는 공중합체인 분말세제 입자, 더욱 바람직하게는 상기 산성형태의 수용성 고 분자가 카르복실기 함유 단량체 유니트 및 술폰산기 함유 단량체 유니트를 포함하는 공중합체인 분말세제 입자를 제공한다.
본 발명은 또한 (S1) 산성형태의 수용성 고분자, 가장 바람직하게는 카르복실기 함유 단량체 유니트 및 술폰산기 함유 단량체 유니트를 포함하는 공중합체 및 알칼리빌더를 준비하는 단계; (S2) 상기 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부를 알칼리빌더 10 내지 70 중량부와 함께 혼합기에 투입하는 단계; 및 (S3) 상기 혼합기에 투입된 (S2)단계의 성분들을 균일하게 혼합하는 단계를 포함하는 산성형태의 수용성 고분자와 알칼리빌더의 중화반응으로 발생하는 열을 이용하여 건조하는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 분말세제 입자의 제조방법을 사용할 경우, 중화 후 향류식 분무건조 장치, 스팀분사 믹서기 등의 복잡하고 고가인 장치를 사용하지 않거나 사용의 정도를 줄일 수 있어, 제조공정이 매우 간단하고 경제적일 수 있다.
본 발명은 분말세제 입자를 제조하기 위하여 산성형태의 고분자와 알칼리빌더의 중화반응을 이용한다. 일정 중화반응의 경우에 발생하는 열을 이용하여 건조시킴과 동시에, 중화반응으로 입자 내부에 형성된 가스가 만드는 공극에 의해 용해성이 우수한 분말세제가 제조되는 원리를 이용하는 것이다.
본 발명은 또한 금속이온 봉집 효과, 특히 칼슘, 마그네슘 등의 금속이온 봉집 효과가 우수한 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트를 포함하는 세제 성분용 신규 공중합체 및 이러한 공중합체를 포함하는 세제 조성물을 제공한다. 특히, 본 발명은 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 95:5 내지 80:20, 더욱 바람직하게는 95:5 내지 90:10인 신규 공중합체를 제공한다.
본 발명은 상기 신규 공중합체를 포함하는 금속이온 봉집제 조성물을 제공하며, 더욱 바람직하게는 상기 금속이온이 칼슘 이온인 것을 특징으로 하는 칼슘 이온 봉집제 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기한 신규 공중합체를 포함하는 경수연화제 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명의 분말세제 입자, 그의 제조방법 및 세제 성분으로서 유용한 신규 공중합체에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 제올라이트, 실리카 등의 수불용성 성분이 실질적으로 배제된 분말세제 입자는 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부를 함유한다.
본원 명세서에서 사용된 용어 제올라이트, 실리카 등의 수불용성 성분이 '실질적으로 배제된다' 또는 '실질적으로 없다'의 의미는 분말세제의 제조에 있어서 제올라이트, 실리카 등의 수불용성 성분을 전혀 사용하지 않거나 세제 총 중량 대비 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이하로 사용하는 것을 의미한다.
상기 산성형태의 수용성 고분자로는 카르복실기 함유 단량체 유니트, 술폰산기 함유 단량체 유니트 및 인산기 함유 단량체 유니트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 유니트를 포함하는 단일중합체(homopolymer) 또는 공중합체(copolymer)가 사용될 수 있으며, 상기 공중합체로는 불규칙(random) 공중합체, 교대(alternating) 공중합체, 블락 공중합체, 그래프트 공중합체 등 다양한 형태의 공중합체가 이용될 수 있다.
본 발명에 있어 상기 공중합체는 2가지 또는 3가지 종류의 단량체가 중합된 이중합체 또는 터중합체(terpolymer)를 포함하는 의미이다.
또한 본 발명의 분말세제 입자는 2종 이상의 산성형태의 수용성 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 산성형태의 수용성 고분자를 형성하는 단량체는 단량체 하나에 카르복실기, 술폰산기 또는 인산기 중 2개 이상을 동시에 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 산성형태의 수용성 고분자가 카르복실기 함유 단량체 유니트, 술폰산기 함유 단량체 유니트 및 인산기 함유 단량체 유니트로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 2종 이상의 유니트를 포함하는 공중합체인 경우 세정력, 케이킹 방지 효과 등에 있어 보다 바람직하다는 놀라운 사실에 기초한다. 특히 상기 산성형태의 수용성 고분자가 카르복실기 함유 단량체 유니트 및 술폰산기 함유 단량체 유니트를 포함하는 공중합체인 경우 분말세제가 찬물에서도 빠르게 용해되며, 세정력이 향상되고, 케이팅 방지에 있어 단일중합체에 비해 큰 향상이 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 산성형태의 수용성 고분자는 하기 화학식 1 또는 화학식 2에 기재된 단량체 유니트를 포함하는 중합체, 보다 구체적으로 단일중합체 또는 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112007067135250-pat00001
상기 화학식 1에서, R1은 각각 독립적으로 카르복실기, 술폰산기(SO3 -H+), 포스포릭산기(PO4 -H+), 포스포닉산기(PO3 -H+) 또는 그것의 염의 형태이다.
Figure 112007067135250-pat00002
Figure 112007067135250-pat00003
구체적 일 예로, 이러한 산성형태의 수용성 고분자로 알파-하이드록실릭 산 중합체, 테트라메틸렌-1,2-디카르복실릭 산 중합체, 4-메톡시테트라메틸렌-1,2-디카르복실릭 산 중합체, 스티렌술포닉산 중합체, 스티렌포스포릭산 중합체, 스티렌 중합체 또는 이들의 조합이 사용될 수 있으며, 이외에 알파-하이드록실릭 산, 테트라메틸렌-1,2-디카르복실릭 산, 4-메톡시테트라메틸렌-1,2-디카르복실릭 산, 스티렌술포닉산, 스티렌포스포릭산 및 스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 단량체 유니트를 포함하는 공중합체 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
이러한 중합체는 술포닉산, 카르복실산 등이 산성형태로 중합체의 측쇄에 연결되어 있어 염기성 물질과 반응하여 중화되면서 중합체 염을 형성하며, 제올라이 트를 함유하지 않고도 입자를 형성할 수 있다. 또한 고분자의 형태로 수분이 소실될 경우에 그 고분자의 물리적 특성으로 인하여 형태가 유지되므로 중화반응에 의해 발생한 가스로 인하여 생긴 공극이 그대로 유지될 수 있다.
산성형태의 수용성 고분자는 고분자의 0.1%(w/w) 수용액의 pH가 1 내지 3인 것을 바람직하다. 또 전술한 바와 같이 중화반응으로 생성된 가스가 빠져나간 공극이 그대로 유지되기 위해서 산성형태의 수용성 고분자는 일정 크기 이상의 중량 평균분자량을 갖는 것이 바람직하다. 즉 중량 평균분자량이 3,000 내지 60,000인 산성형태의 수용성 고분자를 사용한 경우 분말세제를 제조하기가 더 용이하였다. 산성형태의 수용성 고분자가 10,000 내지 40,000의 중량 평균분자량을 갖는 경우 분말세제 입자의 제조가 더욱 용이하다.
또한 상기 산성형태의 수용성 고분자가 카르복실기 함유 단량체 유니트 및 술폰기 함유 단량체 유니트를 포함하는 공중합체일 경우 카르복실기와 술폰기는 단량체의 비율로 99:1 내지 50:50이고, 바람직하게는 95:5 내지 50:50이며, 더욱 바람직하게는 95:5 내지 80:20이고, 가장 바람직하게는 95:5 내지 90:10이다. 술폰기의 비율이 낮을 경우에는 용해성 촉진 효과가 미미하다는 문제점이 있으며, 술폰기의 비율이 높을 경우에는 전체 폴리머의 색상이 진한 갈색이 될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 또한 상기 산성형태의 수용성 고분자 중 하나인 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체가 세제 성분으로서 매우 유용하다는 놀라운 사실에 기초한다. 이러한 공중 합체는 금속이온 봉집, 오염원 제거, 오염원의 재부착 방지, 수용해성, 분말세제 입자로의 가공성, 다른 세제 성분과의 혼합시 상안정성 등에 있어 다른 산성형태의 수용성 고분자에 비하여 탁월한 우월성을 가진다.
특히 본 발명의 공중합체는 금속이온 봉집 효과, 특히 칼슘, 마그네슘 등의 금속이온 봉집 효과가 다른 산성형태의 수용성 고분자에 비하여 매우 우수하다. 일반 물에 칼슘 및 마그네슘 2가 이온이 많이 들어 있어 세정력의 감소를 방지하기 위해 이를 봉집해야 한다는 사실을 고려할 때 본 발명에 따른 신규 공중합체는 세제 성분으로서 매우 유용할 수 있다. 또한 본 발명의 공중합체는 본 발명에 따른 산성형태의 수용성 고분자와 알칼리빌더의 중화반응으로 발생하는 열을 이용하여 건조하여 분말세제 입자의 제조하는데 있어 매우 유용하다.
예를 들어, 상기 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체는 CaCO3를 이용한 칼슘결합능력(Calcium Binding Capacity) 평가[샘플 2g을 증류수 100ml에 용해시킴, 2% NaCO3 10ml 투입, 0.1N-NaOH로 pH 11로 조절, 그 후 4.4% Ca(AC)2H2O 용액으로 적정함. 종말점은 뿌연 탁도 출현이 지속되는 시점(강한 교반에도 용해되지 않음)]에서 아크릴릭산 단일공중합체, 또는 아크릴릭산 단량체 유니트 및 스타이렌설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체 대비 약 2.1배 또는 약 1.6배의 금속이온 봉집력을 나타내었다. 또한 본 발명의 공중합체는 5℃ 물을 이용한 용해시간 평가에서 아크릴릭산 단일공중합체, 또는 아크릴릭산 단량체 유니트 및 스타이렌설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체와 비교하여 훨씬 더 빨리 용해되었다.
세제 성분으로서의 여러 가지 물성을 고려할 때, 상기 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체에 있어 아크릴릭산 단량체(A)와 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체(B)의 중량 비율(A:B)은 95:5 내지 80:20이 바람직하며, 95:5 내지 90:10이 더욱 바람직하다. 또한 상기 고분자의 중량 평균 분자량은 2,000 내지 100,000인 것이 세제 성분으로 최적의 효과를 발휘하는데 있어 바람직하며, 3,000 내지 5,000 또는 10,000 내지 30,000 또는 50,000 내지 90,000이 더욱 바람직하다.
보다 구체적으로, 도 1에 나타나는 바와 같이, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 높아짐에 따라 칼슘결합능력이 증가하였는데, 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 95:5 내지 80:20인 경우가 바람직하였다. 이 중량 비율보다 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 높아지는 경우에는 제조비용 대비 칼슘결합능력이 증가하는 정도가 떨어져 비경제적이었으며, 이 중량 비율보다 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 낮아지는 경우에는 칼슘결합능력이 다소 부족하였다.
또한 본 발명에 따른 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체는 KSM0011 방법으로 50% 수용액으로 측정시 그 pH가 0.1 내지 3이고, KSM3825 방법(#B Viscometer RVT(#3/50))에 따라 25℃에서 측정시 그 점도가 300 내지 2000 cP인 것이 전술한 분말세제를 제조 하기 위한 세제 성분으로서 유용하다.
본 발명에 따른 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체의 바람직한 예는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있으며, 이러한 공중합체는 본 발명이 속한 분야에서 통상적으로 잘 알려진 아크릴산의 일반적인 중합 방식인 라디칼 중합 방식(radical polymerization)을 이용하여 제조될 수 있다. 이때 세탁세제에 적용을 용이하게 하기 위해서는 점도를 조절하게 되는데, 기존에는 IPA와 같은 유기용제를 이용하여 점도를 조절하는 경우 이취의 문제가 있었으나, 본 중합시에는 유기용제를 사용하지 않고 중합 온도를 조절하여 점도를 조절함에 따라서 이취 문제를 해결할 수 있다.
Figure 112007067135250-pat00004
따라서 본 발명은 상기 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트로 이루어진 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세제 조성물을 제공하며, 바람직하게는 이러한 세제 조성물은 수불용성 성분이 조성물 총 중량 대비 5 중량% 이하이다.
본 발명은 또한 상기 신규 공중합체를 포함하는 금속이온 봉집제 조성물, 특히 칼슘 이온 봉집제 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 상기 공중합체의 유용한 물성을 이용하는 상 기 신규 공중합체를 포함하는 경수연화제 조성물을 제공한다.
또 본 발명의 분말세제 입자는 상기 산성형태의 수용성 고분자와 중화반응을 하는 물질로 알칼리빌더 10 내지 70 중량부를 함유한다. 본 발명의 목적을 고려할 때, 알칼리빌더로는 수용성 알칼리빌더가 바람직하며, 이러한 수용성 알칼리빌더로는 탄산나트륨(소다회), 중탄산나트륨(중조), 황산나트륨(망초), 수산화나트륨(가성소다) 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본원 명세서에서 사용된 용어 "수용성"은 다음과 같은 측정방법으로 측정하였을 때, 수불용성 물질의 잔량률이 0.5 중량% 이하인 경우를 의미한다. 수용성 측정방법은 다음과 같다. 평가하고자 하는 시료 3.5g을 300ml 비이커에 투입하고, 이 비이커에 증류수 150ml를 넣는다. 그 후 비이커를 밀봉하고, 70℃에서 3시간 중탕한다. 그 후 비이커를 기계적 진탕기에서 약 1시간 교반한다. 무게를 잰 여과지를 이용하여 비이커를 여과하여 이를 100℃에서 건조하여 남은 잔량의 무게를 측정한다. 이때 여과지의 기공은 0.45um이다. 이때 여과지에 남은 수불용성 물질의 무게잔량을 시료 무게 대비 %로 계산한다.
통상적으로 분말세제에 사용되는 알카리빌더는 적절한 조합을 통하여 분말세제의 pH가 높아지는 것을 방지할 수 있으므로, 고온 세탁 시 발생할 수 있는 의류 이염의 발생을 방지하는 역할을 하며, 본 발명에서는 상기 역할 이외에 산성형태의 수용성 고분자와 중화반응을 일으키는 역할도 수행한다. 특히, 알칼리빌더의 함량에 따라 형성되는 분말세제 입자의 밀도가 차이 날 수 있으므로, 이들의 함량을 적절하게 조절하여 분말세제의 밀도를 조절하는 것이 가능하다. 즉, 산성 물질로 전 술한 산성형태의 수용성 고분자를 이용하고, 알칼리성 물질로 알칼리빌더를 이용하여 발생되는 중화반응에 의해 생성되는 수분과 이산화탄소 등의 가스에 의해 공극이 형성되며 이들 공극의 조절이 가능함에 따라 다양한 밀도의 분말세제 입자가 제조된다.
1종의 알칼리빌더를 사용하지 않고 혼합물을 사용하는 경우에 있어 중탄산나트륨과 황산나트륨의 함량이 높아질수록 밀도가 높아지는 경향이 있으므로 이들의 함량을 적절히 조절하여 적용하여야 한다. 또한 사용되는 알칼리빌더의 종류와 함량은 단백질오염 제거력(pH가 낮을수록 단백질 오염제거 효과가 높다), 무기오염 제거력 등의 분말세제의 효능과 입자 제조능(탄산나트륨이 입자제조에 용이하다) 등의 제조 용이성을 고려하여 선택되어진다. 특히 중탄산나트륨은 pH조절제로 사용되어 세탁수의 pH완충 역할을 할 수도 있는 반면에, 비중이 높고 약알카리성을 가져 본 발명의 중화반응 유도에는 다른 알칼리빌더 보다는 효능이 덜하다.
또한 본 발명의 분말세제 입자는 선택적으로 유기산 1 내지 30 중량부를 함유할 수도 있다. 이러한 유기산은 전술한 산성형태의 수용성 고분자의 산성 강도를 보충하는 역할을 한다. 중화반응에 있어 산성물질로 작용하여 공극을 유발하고 분말세제의 밀도를 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 세정력을 향상하는 역할도 할 수 있다. 통상적으로 사용되는 고체상 또는 액체상의 유기산이 모두 사용가능하나, 카르복시산의 유도체인 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 말릭산 등의 고체상 유기산이 더욱 바람직하다. 유기산의 선택 시 저밀도 분말세제 입자의 제조용이성뿐만 아니라, 사용 시의 냄새와 같은 제품성도 고려하여야 한다.
본 발명의 유기산은 전술한 중화반응의 효율성을 고려할 때 그 입자크기가 0.01 내지 2mm인 경우가 바람직하다.
또 본 발명의 분말세제 입자는 음이온성 계면활성제 1 내지 30 중량부를 더 함유할 수 있다. 이들 음이온성 계면활성제는 세정 즉, 세제 본연의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 본 발명의 분말세제 입자에서는 전술한 산성형태의 수용성 고분자(또는 산성형태의 수용성 고분자 및 유기산)와 함께 산성물질로 작용하여 분말세제에 공극을 유발하는 역할 및 입자화를 형성하는 역할도 할 수 있다.
음이온성 계면활성제로는 보편적으로 세탁세제 조성물에 사용되는 음이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 음이온성 계면활성제로는 구체적으로 라우릴벤젠술폰산(lauryl benzene sulfonic acid), 알파-올레핀 술포네이트, 소디움 라우릴 설페이트(sodium lauryl sulfate), 소디움 라우릴에톡실레이티드 설페이트(sodium lauryl ethoxylated sulfate) 및 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 바람직하게는 음이온성 계면활성제로 물성이 양호하고 저밀도화가 양호한 라우릴벤젠술폰산이 사용될 수 있다. 분말세제 입자의 원하는 밀도에 따라서 함유되는 함량이 상기 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
또 본 발명의 분말세제 입자는 비이온성 계면활성제 1 내지 30 중량부를 더 함유할 수도 있다. 통상적으로 사용되는 비이온성 계면활성제는 액상형태이므로, 그들의 전체 함량에 따라서 밀도에 밀접한 영향을 미친다. 함량이 높은 경우에는 제조 용이성이 떨어지고, 함량이 낮은 경우에는 세정력이 감소하므로 상기 1 내지 30 중량부를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 분말세제 입자는 많은 공극을 가지고 있으므로 액상형태의 비이온성 계면활성제를 상당량 함유할 수 있다.
즉, 본 발명의 분말세제 입자는 액상 성분의 흡착기능을 수행하는 제올라이트, 실리카 등이 실질적으로 배제되었음에도 불구하고 액상 형태의 비이온성 계면활성제를 다량 함유할 수 있다. 따라서 본 발명은 기존에 알려진 분말세제와 달리 수불용성 성분이 실질적으로 배제되고, 비이온성 계면활성제의 함량이 1 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이상인 분말세제 입자를 제공하는 것이 가능하다.
비이온성 계면활성제로는 보편적으로 세탁세제 조성물에 사용되는 비이온성 계면활성제, 예를 들어 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(polyoxyethylene alkyl ether), 코코넛 디에탄올아미드(coconut diethanolamide), 지방산 알카놀아민(fatty acid alkanolamine), 아민 옥사이드(amine oxide), 알킬 폴리글루코시드(alkyl polyglucoside), 메틸 폴리에틸렌 알킬 에테르(methyl polyethylene alkyl ether), 슈가 에테르(sugar ether) 등이 있다.
또 본 발명의 분말세제 입자는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내에서 기타 여러 가지 첨가제 0.3 내지 10 중량부를 더 함유할 수도 있다. 기타 첨가제로는 단백질 오염을 제거하기 위한 단백질 분해효소(프로테아제 등), 지질 오염을 제거하기 위한 지질 분해효소(리파제 등), 음식물 오염을 제거하기 위한 탄수화물 분해효소(아밀라아제 등), 면 섬유의 보푸라기를 제거하기 위한 셀룰로오스 분해효소(셀룰라아제 등), 비페닐(biphenyl)계, 스틸벤(stylbene)계 등의 형광염료 및 섬유에서 빠져나오는 염료가 다른 섬유에 부착되는 것을 방지하거나 탈리된 오염이 재부착되는 것을 방지하는 이염방지제 등의 성분을 추가로 함유할 수도 있다.
단백질 분해효소, 지질 분해효소, 탄수화물 분해효소 및 셀룰로오스 분해효소는 각각 0.01 내지 1 중량부 함유되는 것이 바람직하고, 형광염료는 0.1 내지 1 중량부 함유되는 것이 바람직하고, 이염방지제는 0.5 내지 5 중량부 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 (S1) 산성형태의 수용성 고분자 및 알칼리빌더를 준비하는 단계; (S2) 상기 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부를 알칼리빌더 10 내지 70 중량부와 함께 혼합기에 투입하는 단계; 및 (S3) 상기 혼합기에 투입된 (S2)단계의 성분들을 균일하게 혼합하는 단계를 포함하는 산성형태의 수용성 고분자와 알칼리빌더의 중화반응으로 발생하는 열을 이용하여 건조하는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 전술한 함량비로 투입된 산성형태의 수용성 고분자 및 알칼리빌더는 혼합기에서 균일하게 혼합될 때 산성 형태의 수용성 고분자와 알칼리빌더가 중화반응을 일으킴에 따라서 분말세제 입자가 제조된다. 생성된 수분은 중반반응시 발생하는 열에 의해 자연 건조된다. 전술한 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 성분들이 세제의 용도 및 기능에 따라 첨가됨은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 제조방법은 기존의 분말세제 입자의 제조방법과 달리, 분말의 건조를 위한 가열단계가 필요하지 않거나 가열 과정을 상당히 줄일 수 있어 매우 간단하고 경제적일 뿐만 아니라, 이러한 제조방법에 따라 제조된 분말세제 입자는 수불용성분이 실질적으로 배제되어 찬물에서도 용해성과 세정력이 우수하고, 세탁 시 잔유물이 남지 않으며, 제조 및 보관 중에 케이킹 현상이 줄어든다.
이와 같이, 본 발명에 따른 분말세제 입자는 케이킹 방지 능력이 탁월하고, 세정력이 우수하며, 수불용성분이 거의 없음에 따라 용해성이 우수하여 세탁시 잔유물이 남지 않는다. 또한 본 발명의 분말세제 입자는 액상 성분의 흡착기능을 수행하는 제올라이트, 실리카 등이 실질적으로 배제되었음에도 불구하고 액상의 계면활성제를 다량 함유할 수 있다. 본 발명의 신규한 산성형태의 수용성 고분자는 여러 가지 특성에 있어 세제 성분으로 유용하다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 등을 들어 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
산성형태의 수용성 고분자 제조 및 평가
아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트를 9:1의 중량 비율로 혼합하고, 퍼설페이트(persulfate)계 개시제를 사용하여 물중에서 중합시켜 랜덤공중합체를 제조하였다. 이렇게 제조된 중합체는 분자량이 6,000 내지 15,000이었으며, 이외에 물성을 평가한 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 이 고분자를 후술하는 실시예에 이용하였다.
Unit Spec. 오차범위 Test Method
Appearance Clear Sensory Test
Solid content Wt.% 50 ±1.0 KSM3704 105℃, 3hrs
pH 1 ±0.5 KSM0011 pH meter, 원액
Viscosity, 25℃ cP 1000 ±500 KSM3825 #B Viscometer RVT(#3/50)
Odor Slightly acidic Sensory Test
실시예 1-2 및 비교예 1-2의 제조
하기 표 2에 기재된 성분과 함량에 따라 원료를 고속 혼합기를 이용하여 단순 혼합함으로써 실시예 및 비교예를 제조하였다. 구체적으로 기타 첨가제를 제외한 원료 성분을 혼합하여 과립상의 분말을 제조한 후에 나머지 첨가제를 혼합하는 통상의 방법으로 제조하였다.
구분(중량부) 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
비이온성
계면활성제		 폴리옥시에틸렌알킬에테르 6 5 6 5
음이온성
계면활성제		 라우릴벤젠술폰산 10 15 10 15
산성형태의
수용성 고분자		 폴리아크릴릭산 3 - - -
아크릴릭산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술포닉산의 공중합체 - 3 - -
알칼리빌더 탄산나트륨 45 50 40 45
황산나트륨 20 15 23 28
연화제 제올라이트 4A - - 5 15
기타 첨가제 형광염료 0.15
단백질 분해효소 0.2
셀룰로오스 분해효소 0.3
탄수화물 분해효소 0.2
향료 0.2
상기 표 2에서, 형광염료는 Tinopal CBS-X(시바스페셜티케미칼사)이고, 단백질 분해효소는 Savinase 12.0T(노보자임스사)이고, 셀루로오스 분해효소는 Carezyme 900T(노보자임스사)이고, 탄수화물 분해효소는 Termamyl 120T(노보자임스사)이다.
케이킹 형성 평가
상기 실시예와 비교예에서 제조한 분말세제 조성물의 케이킹 발생에 미치는 영향을 판단기준에 따라 육안으로 관찰 판정하였다. 판정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[판단기준]
우수: 세제 입자의 뭉치는 현상이 전혀 없고 입자 유동성이 우수함.
보통: 세제 입자의 뭉치는 현상은 전혀 없으나 약간 눅눅함.
미흡: 약간 눅눅하며 군데군데 조그맣게 뭉치는 현상이 발생함.
불량: 눅눅하며 입자들이 뭉쳐 덩어리짐.
측정항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
케이킹 형성 방지 보통 우수 불량 미흡
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예와 비교예의 케이킹 발생이 뚜렷이 차이나는 것을 알 수 있으며, 산성형태의 수용성 고분자로 아크릴릭 산과 아크릴아미도-메틸술포닉 산의 공중합체를 이용한 실시예 2가 아크릴릭 산 중합체를 시용한 실시예 1보다 입자 제조상태가 양호하였다. 또한, 실시예 1과 2 모두 수불용성분인 제올라이트를 첨가하지 않았음에도 비교예 대비 케이킹 형성 방지능이 우수하였다. 상기 결과로 알 수 있는 바와 같이 본 발명에서 개시하는 성분과 함량을 가진 조성물의 경우에는 중화반응에 의해 제올라이트를 첨가하지 않고도 우수한 입자 제조화가 가능함을 확인하였다.
세정력 평가
세제의 기본 능력인 세정력을 평가하였다. 세정력 평가는 동일한 조건의 세탁기를 사용하여 평가하였으며, 일반 수돗물을 사용하였다. 세탁 시 온도는 일반 가정에서 사용하는 조건과 동일하게 냉수를 사용하였다. 세정력 평가를 위해 사용한 오염포는 일본세탁과학협회에서 제조한 인공습식오염포를 사용하였으며, 5×5cm 크기의 오염포를 20장 사용하여 통계적인 방법으로 비교 평가하였다. 이들 오염포의 백색도를 나타내는 값인 WB값을 세탁 전 및 세탁 후에 색차계를 이용하여 측정하였다. 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 분말세제 입자 30g을 세탁기에 넣고, 실제 면 티셔츠에 오염포를 부착하여 평가하였다. 세탁기의 표준 코스로 세탁한 후 탈수된 오염포를 항온항습실(25℃, 20%RH)에 1일 동안 건조시킨 후 다림질을 하여 동일 색차계로 WB값을 측정하였다. 하기 수학식 1로 표시되는 쿠벨카 뭉크식에 대입하여 세척력을 계산하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112007067135250-pat00005
상기 수학식 1에서, Rs는 오염포의 표면 반사율이고, Rc는 오염제거 후 면포의 표면 반사율이고, Ro는 백색 면포의 표면 반사율이다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
세척력(%)
(일본세탁과학협회 오염포)		 66.87 68.23 63.21 64.84
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1과 2에서 제조한 분말세제 입자는 비교예 1과 2에서 제조한 분말세제 조성물에 비하여 세정력이 높으며, 이는 산성형태의 수용성 고분자에 의한 오염 재부착 방지 기능과 경수연화 효과에 의한 세정력 향상에 기인한 것으로 판단된다. 또 본 발명의 분말세제 입자는 수불용성분이 배제되어 모든 분말세제 알갱이가 녹고 세제 찌거기가 남지 않는다. 이는 세정력 향상에 효과적으로 작용한다. 그러나 기존의 비교예 1과 2는 세제 알갱이가 완전히 용해되지 않으므로 실시예와 비교하여 세정력이 떨어지는 것으로 판단된다.
도 1은 본 발명에 따른 화학식 3의 공중합체에 있어 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율에 따른 칼슘결합능력의 변화를 측정한 결과이다.

Claims (19)

  1. 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부 및 알칼리빌더 10 내지 70 중량부를 혼합하여 중화반응시킴으로써 형성되며,
    상기 산성형태의 수용성 고분자는 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트를 포함하며, 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
    <화학식 3>
    Figure 112013116573102-pat00008
    상기 화학식 3에서, 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 95:5 내지 80:20이고, 25℃에서 측정시 그 점도가 300 내지 2000 cP임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 알칼리빌더는 수용성 알칼리빌더인 것을 특징으로 하 는 분말세제 입자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 알칼리빌더는 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 황산나트륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입자는 음이온성 계면활성제 1 내지 30 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 음이온성 계면활성제는 라우릴벤젠술폰산, 알파-올레핀 술포네이트, 소디움 라우릴 설페이트 및 소디움 라우릴에톡실레이티드 설페이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입자는 비이온성 계면활성제 1 내지 30 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
  10. 제1항 및 제5-9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말세제는 수불용성 성분이 세제 총 중량 대비 5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 분말세제 입자.
  11. (S1) 산성형태의 수용성 고분자 및 알칼리빌더를 준비하는 단계;
    (S2) 상기 산성형태의 수용성 고분자 0.1 내지 15 중량부를 알칼리빌더 10 내지 70 중량부와 함께 혼합기에 투입하는 단계; 및
    (S3) 상기 혼합기에 투입된 (S2)단계의 성분들을 균일하게 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 산성형태의 수용성 고분자는 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트를 포함하며, 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는
    산성형태의 수용성 고분자와 알칼리빌더의 중화반응으로 발생하는 열을 이용하여 건조하는 것을 특징으로 하는 분말세제 입자의 제조방법.
    <화학식 3>
    Figure 112013116573102-pat00009
    상기 화학식 3에서, 아크릴릭산 단량체 유니트 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포닉산 단량체 유니트의 중량 비율이 95:5 내지 80:20이고, 25℃에서 측정시 그 점도가 300 내지 2000 cP임.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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  17. 삭제
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  19. 삭제
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